KR20230113561A - Process for hydroformylation of olefins in homogeneous phase - Google Patents

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데니스 보겔상
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Abstract

본 발명은 전이 금속 착물 촉매 상에서 합성 가스에 의해 올레핀의 하이드로포밀화에 의해 알데히드를 제조하는 방법으로서, 여기서, 제1 공정 단계에서, 상기 올레핀은, 수혼화성 용매의 존재하에 금속 및 이에 결합된 리간드로 이루어진 수가용성 전이 금속 착물 촉매에 의해 반응되고, 상기 용매 및 촉매 수용액의 압력, 온도 및 비율은 상기 하이드로포밀화가 균질한 단일-상 반응 용액에서 수행되도록 제어되고, 제2 공정 단계에서, 온도를 저하시키고/거나 압력을 낮춤으로써, 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액이 2상 공정 용액으로 전환되고 유기 상 중 적어도 일부가 수성 상으로부터 분리되는, 방법에 관한 것이다.The present invention is a process for preparing an aldehyde by hydroformylation of an olefin with synthesis gas over a transition metal complex catalyst, wherein, in a first process step, the olefin is treated with a metal and a ligand bound thereto in the presence of a water-miscible solvent. The pressure, temperature and ratio of the solvent and aqueous catalyst solution are controlled so that the hydroformylation is carried out in a homogeneous single-phase reaction solution, and in the second process step, the temperature and/or lowering the pressure, the homogeneous reaction solution from the first reaction step is converted into a two-phase process solution and at least a portion of the organic phase is separated from the aqueous phase.

Description

균질 상에서의 올레핀의 하이드로포밀화 방법Process for hydroformylation of olefins in homogeneous phase

본 발명은 전이 금속 착물 촉매 상에서 합성 가스에 의해 올레핀의 하이드로포밀화에 의해 알데히드를 제조하는 방법으로서, 여기서, 제1 공정 단계에서, 상기 올레핀은, 수혼화성 용매의 존재하에 금속 및 이에 결합된 리간드로 이루어진 수가용성 전이 금속 착물 촉매에 의해 반응되고, 상기 용매 및 촉매 수용액의 압력, 온도 및 비율은 상기 하이드로포밀화가 균질한 단일-상 반응 용액에서 수행되도록 제어되고, 제2 공정 단계에서, 온도를 저하시키고/거나 압력을 낮춤으로써, 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액이 2상 공정 용액으로 전환되고 유기 상(organic phase) 중 적어도 일부가 수성 상(aqueous phase)으로부터 분리되는, 방법에 관한 것이다.The present invention is a process for preparing an aldehyde by hydroformylation of an olefin with synthesis gas over a transition metal complex catalyst, wherein, in a first process step, the olefin is treated with a metal and a ligand bound thereto in the presence of a water-miscible solvent. The pressure, temperature and ratio of the solvent and aqueous catalyst solution are controlled so that the hydroformylation is carried out in a homogeneous single-phase reaction solution, and in the second process step, the temperature and/or by lowering the pressure, the homogeneous reaction solution from the first reaction step is converted into a two-phase process solution and at least a portion of the organic phase is separated from the aqueous phase. will be.

금속 촉매 존재하에서의 하이드로포밀화에 의한 올레핀의 추가 관능화는 오랫동안 알려져 왔다. 상기 반응의 1차 생성물로서, 반응물인 올레핀보다 탄소 원자가 하나 더 많은 알데히드가 얻어진다. 이러한 알데히드는 그 자체로 사용되거나 바람직하게는 그 자체로 추가 반응물로서 사용되어, 각종 유용한 다운스트림 생성물을 생성할 수 있다. 실제 하이드로포밀화의 중요한 산업 다운스트림 생성물로는, 예를 들어, 올레핀 출발 물질로서의 프로펜으로부터 알데히드 중간체를 통해 얻을 수 있는 부탄올 또는 2-에틸헥산올과 같은, 예를 들어 수소화에 의해 알데히드로부터 얻을 수 있는 알코올이 있다. 하이드로포밀화의 최종 생성물은 세제 및 세정제, 윤활제 또는 플라스틱용 가소제의 생산을 위한 중간체로서, 용매로서, 다양한 방식으로 사용된다.Further functionalization of olefins by hydroformylation in the presence of metal catalysts has been known for a long time. As the primary product of this reaction, an aldehyde having one more carbon atom than the reactant olefin is obtained. These aldehydes can be used as such or, preferably as such, as additional reactants to produce a variety of useful downstream products. Important industrial downstream products of the actual hydroformylation are, for example, butanol or 2-ethylhexanol, obtainable via an aldehyde intermediate from propene as an olefin starting material, obtained from aldehydes, for example by hydrogenation. There is alcohol available. The end products of hydroformylation are used in various ways, as solvents, as intermediates for the production of detergents and detergents, lubricants or plasticizers for plastics.

올레핀에서 알데히드로의 전환의 기본적인 상호관계는 잘 알려져 있지만, 전체 공정의 경제적 효율성이 반응 조건, 반응물 전환, 원하는 선택성, 촉매 수명, 및 회수율의 복잡한 상호작용을 특징으로 하기 때문에, 대규모 공정에서는 여전히 다수의 최적화 접근법이 발생한다. 특히, 일반적으로 사용되는 금속의 비용이 다른 반응 참여물의 비용을 훨씬 초과하기 때문에, 촉매 및 이의 효율적인 사용이 이러한 매트릭스에서 매우 중요하다.Although the basic interrelationships of the conversion of olefins to aldehydes are well known, large-scale processes are still many, as the economic efficiency of the overall process is characterized by a complex interplay of reaction conditions, reactant conversion, desired selectivity, catalyst life, and recovery. of the optimization approach occurs. In particular, catalysts and their efficient use are very important in such matrices, since the cost of the metals normally used far exceeds the cost of the other reaction participants.

이로 인해 다수의 상이한 대규모 공정 옵션이 개발되었으며, 이의 다양한 프로세스 설계를 특허 문헌의 수많은 문서에서 찾을 수 있다.This has led to the development of many different large-scale process options, the various process designs of which can be found in numerous documents of the patent literature.

예를 들어, WO 2004 024 661 A1에는 탄소수 3 내지 24의 올레핀성 불포화 화합물의 촉매적 하이드로포밀화 방법으로서, 여기서, 원소 주기율표의 8 내지 10족 금속을 함유하는 적어도 하나의 개질되지 않은 촉매가 촉매로 사용되고, 하이드로포밀화는 하기 화학식의 사이클릭 탄산 에스테르의 존재하에 수행되며, 탄산 에스테르의 비율은 상기 반응 혼합물의 1중량% 이상인, 방법이 개시되어 있다.For example, WO 2004 024 661 A1 describes a process for the catalytic hydroformylation of olefinically unsaturated compounds containing 3 to 24 carbon atoms, wherein at least one unmodified catalyst containing a metal of groups 8 to 10 of the periodic table of the elements is a catalyst , wherein the hydroformylation is performed in the presence of a cyclic carbonic acid ester of the formula: wherein the proportion of the carbonic acid ester is 1% by weight or more of the reaction mixture.

Figure pct00001
Figure pct00001

R1, R 2, R 3, R 4는, 각각의 경우 동일하거나 상이하며, H이거나, 1 내지 27개의 탄소 원자를 갖는 치환되거나 치환되지 않은 지방족, 지환족, 방향족, 지방족-지환족, 지방족-방향족, 지환족-방향족 탄화수소 라디칼이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , the same or different at each occurrence, is H or substituted or unsubstituted aliphatic, alicyclic, aromatic, aliphatic-alicyclic, aliphatic having 1 to 27 carbon atoms - an aromatic, cycloaliphatic-aromatic hydrocarbon radical,

n은 0 내지 5이고,n is 0 to 5;

X는 1 내지 27개의 탄소 원자를 갖는 2가의 치환되거나 치환되지 않은 지방족, 지환족, 방향족, 지방족-지환족, 지방족-방향족 탄화수소 라디칼이다.X is a divalent substituted or unsubstituted aliphatic, cycloaliphatic, aromatic, aliphatic-cycloaliphatic or aliphatic-aromatic hydrocarbon radical having from 1 to 27 carbon atoms.

다른 특허 문헌에서, EP 1 529 771 A1에는 수용액을 사용하여 이종 반응 시스템에서 디사이클로펜타디엔의 하이드로포밀화에 의해 8(9)-포밀-트리사이클로[5.2.1.02.6]데크-3-엔을 제조하는 방법으로서, 여기서, 원소 주기율표의 VIII족의 전이 금속 화합물을 함유하는 착물 결합 중의 수가용성 유기 인(III) 화합물을 70 내지 150℃의 온도 및 0.5 내지 10MPa의 압력에서 합성 가스와 반응시키며, 특정의 설폰화된 트리아릴포스핀이 수가용성 유기 인(III) 화합물로서 사용되는, 방법이 개시되어 있다.In another patent document, EP 1 529 771 A1 describes the preparation of 8(9)-formyl-tricyclo[5.2.1.0 2.6 ]dec-3-ene by hydroformylation of dicyclopentadiene in a heterogeneous reaction system using an aqueous solution. A method for producing, wherein a water-soluble organic phosphorus (III) compound in a complex bond containing a transition metal compound of group VIII of the periodic table of elements is reacted with synthesis gas at a temperature of 70 to 150 ° C. and a pressure of 0.5 to 10 MPa, Methods are disclosed wherein certain sulfonated triarylphosphines are used as water-soluble organic phosphorus (III) compounds.

다중 이중 결합을 갖는 사이클릭 화합물의 반응에 대한 또 다른 가능성은 DE 10 2006 004 318 A1에 개시되어 있다. 상기 문헌에는 비사이클로[4.3.0]노나-3,7-디엔의 하이드로포밀화 및 후속의 수소화에 의한 3(4),7(8)-디하이드록시메틸-비사이클로[4.3.0]노난의 제조 방법으로서, 여기서, 비사이클로[4.3.0]노나-3,7-디엔을 70 내지 160℃의 온도 및 5 내지 35MPa의 압력에서 착물 결합 및 과량의 유기인 화합물 내에 유기인 화합물을 함유하는 원소 주기율표의 VIII족의 전이 금속 화합물의 존재하에 균질한 유기 상 내에서 합성 가스와 반응시키고, 이어서 3(4),7(8)-비스포밀-비사이클로[4.3.0]노난을 수소화하여, 3(4),7(8)-디하이드록시메틸-비사이클로[4.3.0]노난을 제공하는, 방법이 개시되어 있다.Another possibility for the reaction of cyclic compounds with multiple double bonds is disclosed in DE 10 2006 004 318 A1. 3(4),7(8)-dihydroxymethyl-bicyclo[4.3.0]nonane by hydroformylation of bicyclo[4.3.0]nona-3,7-diene followed by hydrogenation. A method for producing, wherein bicyclo[4.3.0]nona-3,7-diene is complexed at a temperature of 70 to 160° C. and a pressure of 5 to 35 MPa and containing an organophosphorus compound in an excess of organophosphorus compound By reaction with syngas in a homogeneous organic phase in the presence of a transition metal compound of group VIII of the periodic table of elements followed by hydrogenation of 3(4),7(8)-bisformyl-bicyclo[4.3.0]nonane , 3(4),7(8)-dihydroxymethyl-bicyclo[4.3.0]nonane.

종래 기술로부터 공지된 이러한 해결책은, 특히, 가능한 전환 효율, 반응 혼합물 분리의 평이성, 및 사용된 촉매 물질의 재사용 가능성과 관련하여 추가의 개선 가능성을 제공할 수 있다.This solution known from the prior art can offer further improvement possibilities, in particular with regard to the possible conversion efficiency, the simplicity of separating the reaction mixture, and the reusability of the catalyst material used.

따라서 본 발명의 목적은 종래 기술로부터 공지된 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 본 발명의 과제는 하이드로포밀화되기 어려운 올레핀의 효율적인 전환, 및 추가로, 촉매 재사용의 개선을 동반한 반응 용액의 간단하고 효율적인 분리를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. In particular, the object of the present invention is to provide a process enabling efficient conversion of olefins that are difficult to hydroformylate and, in addition, a simple and efficient separation of the reaction solution accompanied by improved catalyst re-use.

상기 문제는 독립된 방법 청구항의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 양태는 종속항, 상세한 설명, 또는 도면에 나타나 있으며, 종속항 또는 상세한 설명 또는 도면에 기재되거나 도시된 추가의 특징은, 그 반대가 문맥에서 명확하게 이어지지 않는 한, 개별적으로 또는 임의의 조합으로 본 발명의 목적을 구성할 수 있다.The problem is solved by the feature of the independent method claim. Preferred aspects of the invention appear in the dependent claims, the description or the drawings, and the further features described or shown in the dependent claims or the description or the drawings, individually or in any way, unless the context clearly dictates otherwise. The combination of can constitute the object of the present invention.

본 발명에 따라, 상기 문제는, 전이 금속 착물 촉매 상에서 합성 가스에 의해 올레핀의 하이드로포밀화에 의해 알데히드를 제조하는 방법으로서, 제1 공정 단계에서, 상기 올레핀은, 수혼화성 용매의 존재하에 금속 및 이에 결합된 리간드로 이루어진 수가용성 전이 금속 착물 촉매에 의해 반응되고, 상기 용매 및 촉매 수용액의 압력, 온도 및 비율은 상기 하이드로포밀화가 균질한 단일-상 반응 용액에서 수행되도록 제어되고, 제2 공정 단계에서, 온도를 저하시키고/거나 압력을 낮춤으로써, 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액이 2상 공정 용액으로 전환되고 유기 상 중 적어도 일부가 수성 상으로부터 분리되는, 방법에 의해 해결된다.According to the present invention, the problem is a process for producing aldehydes by hydroformylation of olefins with synthesis gas over a transition metal complex catalyst, wherein, in a first process step, the olefins are converted to a metal and a metal in the presence of a water-miscible solvent. reacted by a water-soluble transition metal complex catalyst composed of a ligand bound thereto, the pressure, temperature and ratio of the solvent and aqueous catalyst solution are controlled so that the hydroformylation is carried out in a homogeneous single-phase reaction solution, and the second step step, by lowering the temperature and/or lowering the pressure, the homogeneous reaction solution from the first reaction step is converted into a two-phase process solution and at least a portion of the organic phase is separated from the aqueous phase.

놀랍게도, 수성 촉매 성분을 갖는 제어된 단일-상 반응 환경에서 본 발명에 따른 방법을 사용하여 다수의 상이한 올레핀이 상응하는 알데히드로 고도로 선택적으로 전환될 수 있으며, 이에 따라, 하나 이상의 이중 결합 및/또는 하나 이상의 환 구조를 갖는 반응하기 어려운 올레핀 출발 물질이 사용되는 경우에도, 짧은 공정 시간 내에 높은 전환율이 달성되는 것으로 밝혀졌다. 반응 환경 내에서의 매우 효율적인 전환 이외에도, 반응 환경의 제어된 조성은 또한 반응 종료 후 반응 용액의 후처리(work-up)를 상당한 정도로 용이하게 한다. 추가의 이점은, 원하는 유기 생성물과 촉매 용액은 용이하게 열적으로 부드럽게 분리될 수 있어, 비용 집약적인 촉매를 반응성 및 물질의 상당한 손실 없이 용이하게 재가공하고 재사용할 수 있다는 점이다. 이론에 얽매이지 않고, 단일-상 반응 환경은 단일-상 반응 환경은 주어진 반응 조건하에 촉매, 보다 구체적으로는 촉매 착물의 유기 리간드를 조기 열화(degradation)로부터 보호하는 것으로 보인다. 또한, 제2 공정 단계에서 유기 생성물과 수성 촉매 상의 2상 시스템으로 반응 용액을 제어 전달하면, 다른 촉매 후처리 공정에 비해 더 높은 촉매의 회수 가능한 양과 활성 모두에서, 후처리에서의 촉매 시스템의 상당한 손실을 방지하는 것으로 보인다. 이는, 수가용성이 아닌 촉매의 회수가 어려운 순수 유기상에서의 반응과 비교하면 특히 그러하다. 수가용성 촉매는 반응 후 수성 촉매 상의 기계적 분리에 의해 유기 생성물 상으로부터 분리된다. 따라서, 수가용성 촉매 시스템은 순수 유기 상에서의 반응을 위한 증류 분리와는 달리 열 응력을 받지 않는다. 촉매에 대한 높고 지속적인 열 부하는 종종 이의 비활성화를 초래한다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 2개 공정 단계의 커플링은 상승 효과를 가져오며, 이는 대규모 산업 환경에서 고효율의 촉매-보호 전환을 촉진한다.Surprisingly, a number of different olefins can be highly selectively converted to the corresponding aldehydes using the process according to the invention in a controlled single-phase reaction environment with an aqueous catalyst component, whereby one or more double bonds and/or It has been found that high conversions are achieved within a short process time even when difficult-to-react olefin starting materials having one or more ring structures are used. Besides highly efficient conversion within the reaction environment, the controlled composition of the reaction environment also facilitates to a great extent the work-up of the reaction solution after completion of the reaction. A further advantage is that the desired organic product and the catalyst solution can be readily thermally and gently separated, making the cost-intensive catalyst easily reprocessable and reusable without significant loss of reactivity and materials. Without being bound by theory, it appears that the single-phase reaction environment protects the catalyst, and more specifically the organic ligands of the catalyst complex, from premature degradation under given reaction conditions. In addition, the controlled transfer of the reaction solution into the two-phase system over the organic product and the aqueous catalyst in the second process step results in a significant reduction of the catalytic system in the work-up, both in higher recoverable amount and activity of the catalyst compared to other catalyst work-up processes. It seems to prevent losses. This is especially true when compared to reactions in pure organic phases where recovery of the catalyst, which is not water soluble, is difficult. The water-soluble catalyst is separated from the organic product phase by mechanical separation of the aqueous catalyst phase after the reaction. Thus, the water-soluble catalyst system is not subject to thermal stress unlike distillative separations for reactions in the pure organic phase. High and sustained thermal loads on catalysts often result in their deactivation. In this regard, the coupling of the two process steps according to the present invention has a synergistic effect, which promotes highly efficient catalyst-protected conversions in large-scale industrial environments.

본 발명에 따른 방법은 전이 금속 착물 촉매 상에서 합성 가스에 의해 올레핀의 하이드로포밀화에 의해 알데히드를 제조하는 방법이다. 출발 물질은 4 내지 24개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 20개의 탄소 원자, 보다 바람직하게는 8 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 올레핀이거나 올레핀 혼합물일 수 있다. 혼합물은 하나 이상의 말단 및/또는 내부 C-C 이중 결합을 갖는 올레핀을 포함하거나 이들 올레핀으로 이루어질 수 있다. 혼합물은 동일하거나 유사하거나 (±2) 상당히 상이한 (>±2) 탄소 원자 수(C 수)를 갖는 올레핀을 포함하거나 이들 올레핀으로 이루어질 수 있다. 이들은 직쇄, 분지쇄 또는 사이클릭 올레핀일 수 있다. 올레핀은 하나 이상의 환 구조를 갖지 않거나 하나 이상 갖는 지방족 올레핀일 수 있다. 따라서, 올레핀은 분자 내에 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 환을 가질 수 있고, 이중 결합은 환 구조 내에 또는 환 구조 상에 존재할 수 있다. 통상, 이들 올레핀은 종래의 하이드로포밀화 공정에서 불완전하게 반응한다. 알데히드 (HC=O)는 합성 가스, 즉, 수소 및 일산화탄소와의 반응에 의해 이들 올레핀으로부터 얻어지며, 올레핀의 C-수는 반응에 의해 1 증가한다.The process according to the present invention is a process for producing aldehydes by hydroformylation of olefins with synthesis gas over a transition metal complex catalyst. The starting material may be an olefin or mixture of olefins having from 4 to 24 carbon atoms, preferably from 6 to 20 carbon atoms, more preferably from 8 to 20 carbon atoms. The mixture may comprise or consist of olefins having one or more terminal and/or internal C-C double bonds. The mixture may comprise or consist of olefins having the same, similar (±2) or significantly different (>±2) number of carbon atoms (C number). These may be straight chain, branched chain or cyclic olefins. The olefin may be an aliphatic olefin with no or at least one ring structure. Thus, an olefin may have one, two, three or more rings in its molecule, and the double bond may be present in or on the ring structure. Usually, these olefins react incompletely in conventional hydroformylation processes. Aldehydes (HC=O) are obtained from these olefins by reaction with syngas, ie hydrogen and carbon monoxide, and the C-number of the olefin is increased by one by the reaction.

제1 공정 단계의 하이드로포밀화 단계에서, 바람직하게는 일산화탄소와 수소의 합성 가스가 사용되며 일산화탄소 대 수소의 몰 비는 바람직하게는 1:4 내지 4:1, 보다 바람직하게는 1:2 내지 2:1, 가장 바람직하게는 1:1.2 내지 1.2:1이다. 특히, 일산화탄소 대 수소의 대략적인 화학양론적 비가 존재하는 합성 가스가 사용될 수 있다.In the hydroformylation step of the first process step, preferably a synthesis gas of carbon monoxide and hydrogen is used, and the molar ratio of carbon monoxide to hydrogen is preferably from 1:4 to 4:1, more preferably from 1:2 to 2 :1, most preferably from 1:1.2 to 1.2:1. In particular, synthesis gas may be used in which there is an approximate stoichiometric ratio of carbon monoxide to hydrogen.

제1 공정 단계에서, 올레핀은 금속 및 이에 결합된 리간드를 포함하는 수가용성 전이 금속 착물 촉매를 사용하여 반응한다. 적용 가능한 하이드로포밀화 촉매는 금속 및 금속에 배위 결합된 하나 이상의 리간드를 포함한다. 이와 같이, 촉매는 반응 환경에 예비형성된 상태로 첨가될 수 있거나 활성 촉매는 반응 구역에서 금속 염과 같은 다른 금속 공급원으로부터의 반응 조건하에서 동일반응계에서 형성될 수 있다. 후자는, 예를 들어, CO, 수소 또는 유기 착물 리간드와 같은 반응 구역에 존재하는 리간드의 추가 또는 교환에 의한 것이다. 바람직하게는, 전이 금속 착물 촉매는 주기율표의 8 내지 10번째 아족(subgroup)의 금속, 특히 Co, Ru, Rh, Pd, Pt, Os 또는 Ir, 보다 특히 Rh, Co, Ir 또는 Ru일 수 있다. 이에 따라 촉매 착물의 수가용성은 본질적으로 리간드의 선택에 의해 공동 결정되며, 촉매는 20℃에서 촉매의 수용해도가 100g/L 이상인 경우 본 발명에 따라 수가용성이다. 용해도는 예를 들어 OECD 방법에 따라 결정될 수 있다 ("수용해도의 결정을 위한 OECD 지침(OECD Guideline For The Testing Of Chemicals)", "수용해도(Water solubility)", 1995년 7월 27일). 리간드는 할로겐과 같은 무기 카운터이온 또는 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 아세테이트 또는 방향족 착물 리간드와 같은 보다 복잡한 유기 분자일 수 있다.In a first process step, an olefin is reacted using a water-soluble transition metal complex catalyst comprising a metal and a ligand bound thereto. Applicable hydroformylation catalysts include a metal and one or more ligands coordinated to the metal. As such, the catalyst may be added preformed to the reaction environment or the active catalyst may form in situ under reaction conditions from another metal source, such as a metal salt, in the reaction zone. The latter is by addition or exchange of ligands present in the reaction zone, such as, for example, CO, hydrogen or organic complex ligands. Preferably, the transition metal complex catalyst may be a metal of subgroups 8 to 10 of the periodic table, in particular Co, Ru, Rh, Pd, Pt, Os or Ir, more particularly Rh, Co, Ir or Ru. Thus, the water solubility of the catalyst complex is essentially co-determined by the choice of the ligand, and the catalyst is water soluble according to the present invention if the water solubility of the catalyst at 20° C. is greater than or equal to 100 g/L. Solubility can be determined, for example, according to the OECD method ("OECD Guideline For The Testing Of Chemicals", "Water solubility", 27 July 1995). The ligand can be an inorganic counterion such as a halogen or a more complex organic molecule such as an acetate or aromatic complex ligand containing one or more heteroatoms.

상기 방법의 제1 스테이지(stage)에서, 반응물은 수혼화성 용매의 존재하에 반응한다. 알데히드에 대한 합성 가스의 첨가를 통한 올레핀의 하이드로포밀화는 물이 아닌 추가 용매의 존재하에 발생한다. 바람직한 용매는 물에 적어도 어느 정도 용해되는 액체일 수 있다. 이러한 용매의 수용해도는 예를 들어 20℃에서 20g/L 이상일 수 있다. 이러한 군에서 적합한 용매는 예를 들어 저급 모노알코올 또는 디올일 수 있다. 용매는 또한 바람직하게는 물과 완전히 혼화성일 수 있다. 물에 대한 상기 용해도 비로 용매를 사용하면, 발생할 수 있는 압력 및/또는 온도 변동을 안정적으로 보상할 수 있는 특히 강고한 단일-상 영역을 얻는 데 도움이 될 수 있다. 또한 이러한 용매 군을 사용하면 제품 형성으로 인한 조성의 큰 변화를 보상하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 용매의 비율을 충분히 작게 유지할 수 있어, 생성된 혼합물의 분리가 용이하고 분리를 위한 에너지 비용이 낮게 유지된다.In the first stage of the process, the reactants are reacted in the presence of a water-miscible solvent. The hydroformylation of olefins through the addition of syngas to the aldehyde takes place in the presence of an additional solvent other than water. Preferred solvents can be liquids that are at least partially soluble in water. The water solubility of such a solvent may be, for example, 20 g/L or more at 20°C. Suitable solvents in this group may be, for example, lower monoalcohols or diols. The solvent may also preferably be completely miscible with water. The use of solvents with this solubility ratio in water can help to obtain particularly robust single-phase regions that can reliably compensate pressure and/or temperature fluctuations that may occur. In addition, the use of this family of solvents can help compensate for large changes in composition due to product formation. In addition, the proportion of the solvent can be kept sufficiently small, so that the separation of the resulting mixture is easy and the energy cost for separation is kept low.

압력, 온도, 및 용매와 촉매 수용액의 비율은 하이드로포밀화가 균일한 단일-상 반응 용액에서 수행되도록 제1 공정 단계에서 제어된다. 촉매 수용액, 비-수가용성 올레핀계 반응물 및 약간 수가용성인 알데히드 생성물의 존재로 인해, 추가 조치 없이 반응 조건하에서 반응 영역에서 2상 용액이 형성되며, 이는 반응물의 효율적인 전환과는 반대된다. 추가 용매의 첨가와 함께, 반응 조건하의 수성 촉매의 양, 즉, 용매의 양, 반응물의 양, 또는 생성물/중간체의 양에 따라 상 평형도(phase diagram)에 단일-상 또는 2상 영역이 존재할 수 있다. 단일-상 또는 2상 영역 사이의 변화는 양, 특히 수성 촉매의 양 및 용매의 양을 사용하여 제어할 수 있으므로 반응은 주어진 압력과 온도 조건하에 항상 단일-상 영역에서 진행된다. 용매와 물의 정확한 용해도 또는 혼화도와 함께 촉매 수용액의 양과 용매의 양을 정확한 비율로 사용함으로써, 상기 반응은 중간체와 최종 생성물의 비율이 변경되거나 증가하더라도 단일-상 범위에서 진행될 수 있다. 예를 들어, 반응을 개시할 때 촉매 수용액에 대한 용매의 비를 지정하여 제어를 실행할 있다. 그러나, 반응 과정 동안에 하나의 또는 다른 성분의 양을 조정하여 상 평형도가 항상 단일-상 영역에서 실행되도록 하는 것도 가능하다. 후자의 작동 모드는, 예를 들어, 형성된 생성물의 양에 맞춰진 반응 구역으로의 용매의 제어된 첨가에 의해 수행될 수 있다. 상 평형도의 기본 단일-상 또는 2상 상 범위는 문헌에서 찾을 수 있으며, 계산하거나 (도 1 참조) 반응 조건하에 수용액, 용매 및 반응물/생성물 중의 선택된 촉매의 변화하는 조성으로 실험을 배향함으로써 합리적인 노력으로 결정할 수 있다.The pressure, temperature, and ratio of solvent and aqueous catalyst solution are controlled in the first process step so that hydroformylation is carried out in a homogeneous single-phase reaction solution. Due to the presence of the aqueous catalyst solution, the non-water soluble olefinic reactants and the slightly water soluble aldehyde product, a two-phase solution is formed in the reaction zone under reaction conditions without further action, as opposed to efficient conversion of the reactants. With the addition of additional solvent, depending on the amount of aqueous catalyst under reaction conditions, i.e., the amount of solvent, the amount of reactants, or the amount of products/intermediates, there will be single-phase or two-phase regions in the phase diagram. can The change between the single-phase or two-phase regime can be controlled using the amount, particularly the amount of aqueous catalyst and the amount of solvent, so that the reaction always proceeds in the single-phase regime under given pressure and temperature conditions. By using the correct ratio of the amount of catalyst aqueous solution and the amount of solvent together with the correct solubility or miscibility of solvent and water, the reaction can proceed in the single-phase range even if the ratio of intermediate to final product is changed or increased. For example, control can be exercised by specifying the ratio of the solvent to the aqueous catalyst solution at the start of the reaction. However, it is also possible to adjust the amount of one or the other component during the course of the reaction so that the phase equilibrium always runs in the single-phase regime. The latter mode of operation can be carried out, for example, by controlled addition of solvent to the reaction zone tailored to the amount of product formed. Basic mono- or biphasic phase ranges of phase equilibrium can be found in the literature and can be calculated (see Figure 1) or reasonable by orienting experiments with varying compositions of selected catalysts in aqueous solutions, solvents and reactants/products under reaction conditions. can be determined through effort.

제2 공정 단계에서, 온도를 저하시키고/거나 압력을 낮춤으로써, 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액이 2상 공정 용액으로 전환되고 유기 상 중 적어도 일부가 수성 상으로부터 분리된다. 촉매 수용액, 용매 및 올레핀계 반응물/생성물의 가능한 단일-상 조성물 세트로부터, 선택된 반응 조건하에, 간단한 배향 실험에 의해, 온도 및/또는 압력의 변화로 인한 상 범위에서의 변화를 초래하는 가능한 조성물의 서브세트를 결정하는 것이 가능하다. 이러한 조성물은 반응 조건의 단순한 변화에 의해 반응 종료 시에 적합하며 2상 상태로 떨어질 수 있어, 유기 상과 수성 상 사이에 간단한 분리가 발생할 수 있다. 단일-상 영역의 이러한 부분은 일반적으로 단일-상 영역과 2상 영역 사이의 상 경계선에 더 근접하며 압력 및/또는 온도 조건의 함수로서의 상 분리는 예를 들어 순전히 시각적으로 뒤따를 수 있다. 예를 들어, 경사법(decantation)과 같은 순수한 기계적 단계를 통해 2개 상의 분리를 수행할 수 있다. 그러나, 2개 상이 기계적 분리 없이 순전히 열적 분리 방법을 통해 서로 분리되는 것도 가능하다. 반응 용액의 2상 성질로 인해, 열적 분리 작업도 더 간단하고 자원 효율적인 방식으로 수행할 수 있다. 물론, 후처리 목적을 위해, 기계적 분리 작업을 열적 분리 작업과 결합하는 것도 가능하며, 이에 따라 본 발명에 따른 방법에서 선택된 용매의 낮은 비점으로 인해 촉매 시스템에 대한 열 부하가 낮다.In the second process step, by lowering the temperature and/or lowering the pressure, the homogeneous reaction solution from the first reaction step is converted into a two-phase process solution and at least part of the organic phase is separated from the aqueous phase. From a set of possible single-phase compositions of aqueous catalyst solution, solvent and olefinic reactants/products, under selected reaction conditions, by simple orientation experiments, possible compositions that result in changes in phase ranges due to changes in temperature and/or pressure. It is possible to determine a subset. Such a composition can fall into a suitable and biphasic state at the end of the reaction by a simple change in the reaction conditions, allowing a simple separation between the organic and aqueous phases to occur. This portion of the single-phase region is generally closer to the phase boundary between the single-phase region and the two-phase region and phase separation as a function of pressure and/or temperature conditions may follow, for example purely visually. Separation of the two phases can be carried out, for example, through purely mechanical steps such as decantation. However, it is also possible for the two phases to be separated from each other via purely thermal separation methods without mechanical separation. Due to the two-phase nature of the reaction solution, thermal separation can also be performed in a simpler and more resource efficient manner. Of course, for work-up purposes it is also possible to combine the mechanical separation operation with the thermal separation operation, so that the thermal load on the catalyst system is low due to the low boiling point of the solvent selected in the process according to the invention.

상기 방법의 바람직한 양태에서, 온도 및 압력은 반응 동안 일정하게 유지될 수 있으며 반응 용액의 단일 상은 용매 대 촉매 수용액의 질량 비를 통해 조정될 수 있다. 또한, 원하는 단일-상 범위가 촉매 수용액 대 용매의 질량 비를 통해 필수적으로 조정되는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 본원에서 "안전한" 상 범위를 얻을 수 있으므로, 중간체 및/또는 최종 생성물의 형성 및 고분자량 부산물의 형성으로 인한 반응 과정에서의 조성의 변화는 안정적으로 보상될 수 있다. 또한, 촉매 수용액과 관련하여 적합한 용매 및 용매량의 선택은 반응 과정에서 발생할 수 있는 임의의 온도 및/또는 압력 변동을 보상하기 위해 사용될 수도 있다. 이러한 결정을 통해, 반응 전체가 단일-상 범위에서 안정적으로 유지될 수 있다. 추가로 바람직하게는, 이러한 제어는 반응 초기에 용매와 촉매 수용액의 양의 선택에 의해 결정될 수 있다.In a preferred embodiment of the method, the temperature and pressure can be kept constant during the reaction and the single phase of the reaction solution can be adjusted through the mass ratio of solvent to aqueous catalyst solution. It has also been found advantageous that the desired single-phase range is essentially tuned through the mass ratio of catalyst aqueous solution to solvent. Since "safe" phase ranges can be obtained here, changes in composition during the reaction due to the formation of intermediates and/or final products and formation of high molecular weight by-products can be reliably compensated. In addition, the selection of a suitable solvent and solvent amount in relation to the aqueous catalyst solution may be used to compensate for any temperature and/or pressure fluctuations that may occur during the course of the reaction. Through this determination, the entire reaction can be stably maintained in the single-phase range. Further preferably, this control can be determined by the choice of the amount of solvent and aqueous catalyst solution at the beginning of the reaction.

상기 방법의 바람직한 양태에서, 제1 공정 단계는 0.5MPa 이상 10MPa 이하의 압력 및 70℃ 이상 150℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 단일-상 범위에서 구동함으로써 합성 가스와의 반응성이 증가하기 때문에, 상기 온도 간격이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 범위에서 특별히 신속하고 선택적인 전환이 얻어지며, 이에 따라 특히 형성된 고비등 물질의 비율이 매우 낮게 유지될 수 있다. 또한, 촉매 수명이 상당히 연장되며, 이는 반응 용액에서의 리간드의 감소된 열화에 기인한 것일 수 있다. 놀랍게도, 이러한 온도 범위 내에서, 특히 낮은 압력도 어려운 반응물의 전환에 충분한 것으로 밝혀졌다. 이는 특히 입체적으로 도전적인 반응물 또는 디올레핀 반응물이 사용될 때의 이중 반응에 해당된다. 이러한 반응에서도, 단일-상 영역의 수성 성분은 합성 가스의 유입을 억제하는 것으로 보이지 않으므로 전반적으로 더 낮은 압력에서도 반응 용액으로의 충분한 가스 유입을 보장할 수 있다.In a preferred embodiment of the method, the first process step may be carried out at a pressure of 0.5 MPa or more and 10 MPa or less and at a temperature of 70 °C or more and 150 °C or less. This temperature interval has been found to be particularly advantageous because the reactivity with syngas is increased by operating in the single-phase range. In this range, a particularly rapid and selective conversion is obtained, whereby the proportion of particularly formed high-boiling substances can be kept very low. In addition, the catalyst lifetime is significantly extended, which may be due to reduced degradation of the ligands in the reaction solution. Surprisingly, even low pressures within this temperature range were found to be sufficient for conversion of the difficult reactants. This is particularly true for dual reactions when sterically challenging reactants or diolefin reactants are used. Even in this reaction, the aqueous component of the single-phase region does not appear to inhibit the inflow of synthesis gas, thus ensuring sufficient gas inflow into the reaction solution even at an overall lower pressure.

본 발명의 추가의 바람직한 측면에서, 올레핀은 적어도 2개의 비-공액 이중 결합을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 2개 이상의 단리된 이중 결합을 가질 수 있는 도전적인 반응물의 반응에 특히 적합하다. 단일-상 반응 내에서 2개의 이중 결합의 반응도 가능한 것으로 밝혀졌다. 2상 범위에서 수행되는 반응은 일반적으로 하나의 이중 결합의 전환만 허용하기 때문에 이는 놀랍다. 또한, 2상 반응에 비해 단일-상 반응은 보다 신속하고 보다 선택성일 수 있으며 고비등 부산물의 비율이 더 낮을 수 있다. 디엔의 이중 결합은 지방족 쇄 및/또는 고리 내에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 단쇄 또는 중쇄 지방족 디올레핀 또는 그 이상의 올레핀을 반응시킬 수 있다. 따라서, 분자량이 50g/mol 이상 500g/mol 이하인 2개 이상의 불포화 결합을 갖는 올레핀을 반응시키는 것이 가능하다.In a further preferred aspect of the invention, the olefin may have at least two non-conjugated double bonds. The process according to the invention is particularly suitable for reactions of challenging reactants which may have, for example, two or more isolated double bonds. Reaction of two double bonds within a single-phase reaction was also found to be possible. This is surprising because reactions carried out in the biphasic range generally allow conversion of only one double bond. Also, compared to a two-phase reaction, a single-phase reaction may be faster and more selective and may have a lower proportion of high-boiling by-products. The double bonds in dienes can be present in aliphatic chains and/or rings. Preferably, short or medium chain aliphatic diolefins or higher olefins may be reacted. Therefore, it is possible to react olefins having two or more unsaturated bonds having a molecular weight of 50 g/mol or more and 500 g/mol or less.

상기 방법의 바람직한 특성 범주에서, 올레핀은 적어도 하나의 지방족 환을 가질 수 있다. 입체적으로 반응하기 어렵고 경질의 지방족 환 구조를 갖는 올레핀 출발 물질이 또한 본 발명에 따른 단일-상 공정 내에서 반응될 수 있다는 점이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 통상, 이러한 올레핀은 용액에서 짧은 지방족 쇄에 비해 촉매와 훨씬 더 불량하게 반응하거나 다중 이중 결합의 경우에는 중간체 스테이지에서 중단된다. 반응물은 단환식 또는 다환식일 수 있다. 순수 유기 용매 및 순수 유기 상에서의 단일-상 반응이 가능하지만, 수득된 생성물의 정제에 있어서의 문제가 증가한다. 또한, 후자의 반응은 촉매 회수 및 수명에 문제가 있음을 보여준다. 예를 들어, 순수 유기 용매에서의 반응에서, 개질되지 않은 (리간드를 첨가하지 않은) 금속 촉매도 본원에 언급된 디올레핀의 반응에 사용되며, 여기에는 다량의 촉매가 필요하며 촉매는 재활용되지 않는다. 리간드-금속 착물이 촉매로 사용되는 경우, 다환식 디올레핀의 하이드로포밀화에 대해 원하는 활성이 달성되지 않는 경우가 많다. 일환식, 이환식 또는 삼환식 올레핀은 2개 또는 3개의 폐쇄된 비방향족 환을 포함하며 이는 추가로 바람직하게는 60g/mol 이상 450g/mol 이하의 분자량을 가질 수 있다.[0028] In a preferred characteristic of the process, the olefin may have at least one aliphatic ring. It has been found to be particularly advantageous that sterically difficult to react olefin starting materials with rigid aliphatic ring structures can also be reacted within the single-phase process according to the invention. Usually, these olefins react much worse with catalysts than short aliphatic chains in solution or in the case of multiple double bonds are stopped at intermediate stages. Reactants may be monocyclic or polycyclic. Although single-phase reactions in pure organic solvents and pure organic phases are possible, problems in the purification of the obtained products increase. In addition, the latter reaction shows problems with catalyst recovery and lifetime. For example, in reactions in pure organic solvents, unmodified (no ligand added) metal catalysts are also used for the reactions of the diolefins mentioned herein, which require a large amount of catalyst and the catalyst is not recycled. . When ligand-metal complexes are used as catalysts, the desired activity for hydroformylation of polycyclic diolefins is often not achieved. The monocyclic, bicyclic or tricyclic olefin comprises two or three closed non-aromatic rings which may further preferably have a molecular weight of greater than or equal to 60 g/mol and less than or equal to 450 g/mol.

상기 방법의 추가의 바람직한 양태에서, 상기 사용된 촉매 수용액 중의 물의 몰을 촉매 금속의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 촉매 금속에 대한 상기 사용된 촉매 수용액 중의 물의 몰 비는5000 이상 60000 이하일 수 있다. 보다 더 유기 환경에 의해 촉매에 대한 유기 반응물의 접근이 향상되어야 한다는 사실에도 불구하고, 상기 촉매에 대한 물의 비가 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 비율의 물에 의해, 디엔 반응물에 대한 디알데히드로의 완전한 전환이 달성되며 공정 제어도 단일 상으로 안전하게 설계될 수 있다. 또한, 단일-상 상 영역을 벗어나지 않고도 반응 조건의 변동을 안전하게 보상할 수 있다. 또한, 이러한 물-촉매 금속 비는 제2 공정 단계에서 수성 촉매 상의 안전하고 완전한 분리를 가능하게 하는 데 적합한 것으로도 보인다. 이러한 물 비율로 인해, 촉매 및 이의 리간드 모두 단일-상 반응에서 충분히 보호된다. 또한, 반응 조건을 변경하고 단일-상 반응을 2상 반응으로 분해(decomposition)한 후에도 충분한 수성 환경을 유지할 수 있어 촉매 용액의 재사용성을 촉진한다.In a further preferred embodiment of the method, the molar ratio of water in the aqueous catalyst solution used to catalyst metal, expressed as moles of water in the aqueous catalyst solution used divided by moles of catalyst metal, may be greater than or equal to 5000 and less than or equal to 60000. Despite the fact that the access of the organic reactants to the catalyst should be enhanced by a more organic environment, the ratio of water to catalyst has been found to be particularly advantageous. With this ratio of water, complete conversion of the diene reactant to dialdehyde is achieved and process control can be safely designed into a single phase. In addition, fluctuations in reaction conditions can be safely compensated without leaving the single-phase regime. It also appears that this water-catalyst metal ratio is suitable for enabling safe and complete separation of the aqueous catalyst phase in the second process step. Due to this water ratio, both the catalyst and its ligands are sufficiently protected in a single-phase reaction. In addition, a sufficient aqueous environment can be maintained even after changing reaction conditions and decomposition of a single-phase reaction into a two-phase reaction, promoting reusability of the catalyst solution.

상기 방법의 추가로 바람직한 양태에 따라, 수가용성 전이 금속 착물 촉매의 금속은 로듐일 수 있고 리간드는 수가용성 디포스핀 또는 트리아릴포스핀을 포함한다. 사용된 촉매 또는 반응 용액에서 형성되는 촉매 시스템은 전이 금속 로듐을 포함한다. 이러한 금속은 단일-상 용액에서 특히 빠른 반응 동역학을 허용할 수 있으며 경질의 환 구조를 갖는 입체적으로 어려운 폴리엔 또는 올레핀을 안전하게 변환할 수도 있다. 금속 이외에도, 촉매는 이의 배위권(coordination sphere)에 2개의 인 원자를 갖는 적어도 하나의 디포스핀 리간드 또는 하나의 인 원자를 갖는 하나 이상의 유기 트리아릴포스핀 리간드를 갖거나, 반응 조건하에 반응 용액에서 이들을 배위한다. 촉매적으로 활성인 시스템은 반응 용액에 수소와 일산화탄소를 추가로 첨가함으로써 반응 조건하에 추가로 형성되며, 합성 가스의 성분은 금속과 배위 착물을 형성한다. 그러나, 우선 촉매를 예비형성한 다음 실제 하이드로포밀화 스테이지에 공급하는 것도 가능하다. 이러한 경우 예비형성 조건은 일반적으로 하이드로포밀화 조건에 해당한다.According to a further preferred embodiment of the method, the metal of the water soluble transition metal complex catalyst may be rhodium and the ligand comprises a water soluble diphosphine or triarylphosphine. The catalyst used or the catalyst system formed in the reaction solution contains the transition metal rhodium. These metals can allow particularly fast reaction kinetics in single-phase solution and can also safely convert sterically difficult polyenes or olefins with rigid ring structures. In addition to the metal, the catalyst has in its coordination sphere at least one diphosphine ligand with two phosphorus atoms or at least one organic triarylphosphine ligand with one phosphorus atom, or in a reaction solution under reaction conditions. betray them A catalytically active system is further formed under reaction conditions by adding additional hydrogen and carbon monoxide to the reaction solution, and components of the syngas form coordination complexes with metals. However, it is also possible to first preform the catalyst and then feed it to the actual hydroformylation stage. In this case, the preformation conditions generally correspond to the hydroformylation conditions.

예를 들어, 트리아릴포스핀은 하기 화학식을 가질 수 있다.For example, triarylphosphine may have the formula

상기 화학식에서, Ar1, Ar2 Ar3은 탄소수 6 내지 14의 동일하거나 상이한 아릴 기를 나타낸다. 치환체 Y1, Y2 Y3은 탄소수 1 내지 4의 동일하거나 상이한 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시 기, 염소, 브롬, 하이드록실, 시아나이드 또는 니트로 기, 및 추가로 화학식 NR1R2의 아미노 기를 나타내며, 여기서, 치환체 R1 R2는 동일하거나 상이할 수 있고 수소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기를 나타낸다. 카운터 음이온 M은 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘 또는 바륨을 나타낼 수 있고, m1, m2 및 m3은 동일하거나 상이할 수 있고 0 내지 5의 정수를 나타내고, n1, n2 및 n3은 동일하거나 상이고 0 내지 3의 정수를 나타내고, 숫자 n1, n2 및 n3 중 적어도 하나는 1 이상이다. 트리아릴포스핀 착물 촉매는 착물의 수용해도가 20℃에서 100g/L 이상인 수가용성 트리아릴포스핀 착물 촉매이다.In the above formula, Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 represents the same or different aryl groups containing 6 to 14 carbon atoms. Substituents Y 1 , Y 2 and Y 3 represents identical or different straight-chain or branched-chain alkyl or alkoxy groups of 1 to 4 carbon atoms, chlorine, bromine, hydroxyl, cyanide or nitro groups, and additionally amino groups of the formula NR 1 R 2 , wherein the substituent R 1 and R 2 can be the same or different and represents hydrogen, a straight-chain or branched-chain alkyl group containing 1 to 4 carbon atoms. The counter anion M may represent lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium or barium, m1, m2 and m3 may be the same or different and represent an integer from 0 to 5, n1, n2 and n3 are the same or different and represent 0 to 3, and at least one of the numbers n1, n2 and n3 is 1 or greater. The triarylphosphine complex catalyst is a water-soluble triarylphosphine complex catalyst having a water solubility of 100 g/L or more at 20°C.

상기 화학식의 수가용성 트리아릴포스핀은 바람직하게는, Ar1, Ar2, Ar3 기는 페닐 기이고, Y1, Y2 Y3은 메틸 기, 에틸 기, 메톡시 기, 에톡시 기 및/또는 염소 원자를 나타내는 트리아릴포스핀을 포함한다. 무기 양이온의 양이온 모이어티 M은 바람직하게는 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 바륨일 수 있다. 특히, 적합한 수가용성 트리아릴포스핀은 Ar1, Ar2, Ar3은 각각 페닐 기를 나타내고, m1, m2, m3은 0이고, n1, n2 및 n3은 0 또는 1이고 n1+n2+n3은 함께 1 내지 3을 나타내며, 설포네이트 기는 바람직하게는 메타 위치에 있을 수 있는 화합물일 수 있다. 리간드는 그 자체로 사용되거나 혼합물로서 사용될 수 있다. 수가용성 트리아릴포스핀 리간드의 적합한 예는 (설포페닐)-디페닐포스핀, 디(설포페닐)페닐포스핀 및 트리(설포페닐포스핀)을 포함한다. 종래 기술에서, (설포페닐)디페닐포스핀은 TPPMS로 약칭하고, 디(설포페닐)페닐포스핀은 TPPDS로 약칭하고, 트리(설포페닐)포스핀은 TPPTS로 약칭한다. 이들 리간드는 촉매 착물의 충분한 수용성에 기여할 수 있으며 단일-상 및 2상 체계 모두에서 안정적이다.In the water-soluble triarylphosphine of the above formula, preferably, the Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 groups are phenyl groups, Y 1 , Y 2 and Y 3 includes a triarylphosphine representing a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, an ethoxy group and/or a chlorine atom. The cationic moiety M of the inorganic cation may preferably be sodium, potassium, calcium and barium. In particular, suitable water-soluble triarylphosphines are such that Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 each represent a phenyl group, m1, m2, m3 are 0, n1, n2 and n3 are 0 or 1 and n1+n2+n3 together 1 to 3, and the sulfonate group may preferably be a compound which may be in the meta position. Ligands can be used by themselves or as a mixture. Suitable examples of water-soluble triarylphosphine ligands include (sulfophenyl)-diphenylphosphine, di(sulfophenyl)phenylphosphine and tri(sulfophenylphosphine). In the prior art, (sulfophenyl)diphenylphosphine is abbreviated as TPPMS, di(sulfophenyl)phenylphosphine as TPPDS, and tri(sulfophenyl)phosphine as TPPTS. These ligands can contribute to sufficient water solubility of the catalyst complex and are stable in both single-phase and two-phase systems.

화학식 (III) 및 (IV)의 설폰화 디포스핀은 또한 수가용성 디포스핀으로 적합하다.The sulfonated diphosphines of formulas (III) and (IV) are also suitable as water-soluble diphosphines.

Figure pct00003
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Figure pct00004
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화학식 (III)에서, 각각의 n4 및 n5는 독립적으로 0 또는 1이며, 화학식 (III)의 화합물은 6개 이하의 -SO3M 기를 함유할 수 있다.In formula (III), each of n4 and n5 is independently 0 or 1, and compounds of formula (III) may contain up to 6 —SO 3 M groups.

화학식 (IV)에서, 각각의 n6, n7, n8 및 n9는 독립적으로 0 또는 1이며, 화학식 (IV)의 화합물은 4 내지 8개의 -SO3M 기를 함유한다.In formula (IV), each of n6, n7, n8 and n9 is independently 0 or 1, and the compound of formula (IV) contains 4 to 8 —SO 3 M groups.

화학식 (III) 및 화학식 (IV)에서, M은 암모늄, 1가 금속 또는 다가 금속의 등가물, 특히 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 바륨을 나타낸다.In formula (III) and formula (IV), M represents ammonium, a monovalent or multivalent metal equivalent, in particular sodium, potassium, calcium or barium.

상기 방법의 바람직한 양태에서, 촉매 수용액의 질량을 용매의 질량으로 나눈 것으로 표현되는, 용매에 대한 촉매 수용액의 질량 비는 0.25 이상 4 이하일 수 있다. 단일-상 반응 용액에서, 상기 질량 비가 특히 안전하고 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 질량 비는 상기 방법으로 인한 압력과 온도의 불가피한 변동 및 생성물 형성으로 인한 조성 변화를 안정적으로 보상하는 데에도 사용할 수 있다. 추가로 유리하게는, 0.5 이상 2 이하, 특히 바람직하게는 0.75 이상 1.5 이하의 상대적으로 적은 양의 용매 첨가제가 촉매 용액의 질량에 대해 얻어질 수 있다. 이러한 낮은 용매 첨가는 반응 종료 후 반응 용액의 보다 효율적인 후처리에 기여할 수 있다.In a preferred embodiment of the method, the mass ratio of the aqueous catalyst solution to the solvent, expressed as the mass of the aqueous catalyst solution divided by the mass of the solvent, may be 0.25 or more and 4 or less. In single-phase reaction solutions, this mass ratio has been found to be particularly safe and advantageous. This mass ratio can also be used to reliably compensate for compositional changes due to product formation and unavoidable fluctuations in pressure and temperature due to the method. With further advantage, relatively small amounts of solvent additives of at least 0.5 and at most 2, particularly preferably at least 0.75 and at most 1.5 can be obtained relative to the mass of the catalyst solution. This low solvent addition can contribute to a more efficient work-up of the reaction solution after completion of the reaction.

상기 방법의 추가로 바람직한 측면에서, 수혼화성 용매는 20℃에서 20g/L 이상의 수용해도를 가질 수 있다. 따라서, 최소량의 용매 첨가로 가장 안정한 단일-상 범위를 얻기 위해, 용매가 상기 표시된 범위 내에서 물과 혼화성을 갖는 것이 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 이러한 단일-상 반응 용액은 첨가된 생성물에 의해 초래되는 반응 환경의 변화와 관련하여 그리고 압력과 온도의 반응 매개변수의 가능한 변화와 관련하여 안정할 수 있으며, 또한 특히 반응 종료 후에 유기 상과 수성 상의 바람직한 상분리를 제공할 수 있다. 특히, 반응 종료 후 회수 가능한 촉매의 비율은 이러한 용매 군에 의해 증가될 수 있다 추가의 바람직한 양태에서, 용매의 용해도는 20℃에서 60g/l 이상, 추가로 바람직하게는 70g/l 이상, 추가로 바람직하게는 80g/l 이상일 수 있다. 추가의 바람직한 양태에서, 용매는 20℃에서 물과 완전히 혼화될 수 있다.In a further preferred aspect of the method, the water-miscible solvent may have a solubility in water of at least 20 g/L at 20°C. Thus, to obtain the most stable single-phase range with the least addition of solvent, it has been found to be particularly suitable for the solvent to be miscible with water within the range indicated above. Such a single-phase reaction solution may be stable with respect to changes in the reaction environment caused by the added products and with respect to possible changes in the reaction parameters of pressure and temperature, and also in particular after completion of the reaction, the organic phase and the aqueous phase A desirable phase separation can be provided. In particular, the proportion of the recoverable catalyst after completion of the reaction can be increased by this solvent group. In a further preferred embodiment, the solubility of the solvent is at least 60 g/l, further preferably at least 70 g/l at 20°C, further Preferably it may be 80 g/l or more. In a further preferred embodiment, the solvent is completely miscible with water at 20°C.

본 발명의 바람직한 특징에서, 용매는 직쇄 또는 분지쇄 C2-C5 알코올로 이루어진 군 또는 이들 군으로부터의 적어도 2개의 알코올의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특히, 단쇄 알코올은 단일-상 영역에서 특히 효율적인 전환을 얻기에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 이들 용매에 의해, 하이드로포밀화하기 어려운 반응물은 또한 수가용성 촉매 상에서 매우 짧은 공정 시간 내에 고도로 선택적으로 반응할 수 있다. 촉매의 서비스 수명은 이러한 용매 선택에 의해 현저하게 연장될 수도 있다. 이러한 용매는 리간드에 비해 금속에 대한 결합 친화력이 낮다. 그러나, 이와 동시에, 이는 리간드에 안정화 효과를 부여하여 리간드를 열화로부터 보호할 수 있다. 추가의 이점은, 소량의 용매 분획만으로 매우 강고한 단일-상 영역을 얻을 수 있어, 원하는 제품의 후처리 및 분리 비용을 줄일 수 있다는 사실로부터 비롯된다. 또한, 용매 선택은 제2 공정 단계에서 시스템을 단일-상으로부터 2상으로 매우 빠르고 완전하게 변경하여 촉매의 상당 부분을 회수하고 필요한 경우 반응 주기로 다시 재순환시키는 것을 도울 수 있다. 또한, 선택된 용매의 낮은 비점이 유리하여, 필요한 경우 생성물 또는 촉매 시스템으로부터 용이하게 분리할 수 있다.In a preferred feature of the present invention, the solvent may be selected from the group consisting of straight or branched chain C2-C5 alcohols or mixtures of at least two alcohols from these groups. In particular, short-chain alcohols have been found to be particularly suitable for obtaining particularly efficient conversions in the single-phase region. With these solvents, reactants that are difficult to hydroformylate can also react highly selectively on a water-soluble catalyst in a very short process time. The service life of the catalyst may be significantly extended by this solvent selection. These solvents have a lower binding affinity for the metal compared to the ligand. At the same time, however, it can impart a stabilizing effect to the ligand, protecting it from degradation. A further advantage arises from the fact that very robust single-phase domains can be obtained with only a small amount of solvent fraction, reducing the cost of work-up and separation of the desired product. Solvent selection can also help to very quickly and completely change the system from single-phase to two-phase in the second process step to recover a significant portion of the catalyst and recycle it back into the reaction cycle if necessary. In addition, the low boiling point of the chosen solvent is advantageous, allowing for easy separation from the product or catalyst system if required.

상기 방법의 추가로 바람직한 측면에서, 용매는 이소프로판올 일 수 있다. 하이드로포밀화 공정에서 올레핀의 단일-상 전환을 위해 이소프로판올을 사용하는 것이 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이소프로판올을 첨가함으로써, 하이드로포밀화하기 어려운 올레핀 생성물도 수가용성 촉매 상에서 매우 짧은 공정 시간 내에 고도로 선택적으로 전환될 수 있다. 촉매의 서비스 수명이 이러한 용매에 의해 상당히 연장될 수도 있다. 추가의 이점은 매우 강고한 단일-상 영역이 소량의 이소프로판올만으로 형성되어, 원하는 제품의 가공 및 분리 비용을 줄인다는 사실로부터 비롯된다. 또한, 알데히드 생성물에 대한 이소프로판올의 물리적 차이로 인해, 반응 종료 후 특히 간단하고 완전한 분리가 달성될 수 있다. 특히, 이는 또한 촉매의 재활용성을 연장시킬 수 있다.In a further preferred aspect of the method, the solvent may be isopropanol. It has been found to be particularly advantageous to use isopropanol for single-phase conversion of olefins in the hydroformylation process. By adding isopropanol, even difficult-to-hydroformylate olefin products can be highly selectively converted over a water-soluble catalyst in a very short process time. The service life of the catalyst may be significantly extended by these solvents. A further advantage comes from the fact that the highly robust single-phase domains are formed with only a small amount of isopropanol, reducing the cost of processing and separation of the desired product. In addition, due to the physical difference of isopropanol to aldehyde product, a particularly simple and complete separation can be achieved after the end of the reaction. In particular, it can also prolong the recyclability of the catalyst.

상기 방법의 추가의 바람직한 양태에서, 수가용성 전이 금속 착물 촉매의 적어도 하나의 리간드는 트리페닐포스핀-3,3',3"-트리설폰산 나트륨 염을 포함할 수 있다. 이러한 트리페닐포스핀 리간드의 사용은 단일-상 영역에서 작업하는 데 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 사용된 올레핀의 고도로 선택적인 전환 이외에도, 반응 시간이 긴 경우에도 특히 적은 양의 고비등 물질이 형성된다. 이는 특히 이소프로판올을 용매로 사용함으로써 발생하며, 이러한 경우에 유기 리간드의 특히 낮은 열화가 발생한다. 또한, 이들 리간드를 갖는 촉매 착물은 예를 들어 연속 반응에서 반응 주기로 다시 재순환시킴으로써 반응 혼합물로부터 특히 효율적으로 재순환될 수 있다. 또한, 이들 리간드의 열화는 단일-상 반응 환경에서 특히 낮은 것으로 보인다. 추가의 바람직한 양태에서, 트리페닐포스핀-3,3',3"-트리설폰산 나트륨 염이 상기 반응의 유일한 방향족 착물 리간드일 수 있다.In a further preferred embodiment of the method, the at least one ligand of the water soluble transition metal complex catalyst may comprise triphenylphosphine-3,3′,3″-trisulfonic acid sodium salt. Such triphenylphosphine The use of ligands has been found to be particularly advantageous for working in the single-phase regime. In addition to the highly selective conversion of the olefins used, even when the reaction time is long, a particularly small amount of high-boiling substances is formed. This is especially true for isopropanol as a solvent In this case, a particularly low degradation of the organic ligands occurs In addition, catalyst complexes having these ligands can be recycled particularly efficiently from the reaction mixture, for example by recycling them back into the reaction cycle in a continuous reaction. In addition, the degradation of these ligands appears to be particularly low in a single-phase reaction environment. In a further preferred embodiment, triphenylphosphine-3,3',3"-trisulfonic acid sodium salt is the only aromatic complex ligand in the reaction can be

상기 방법의 추가의 바람직한 양태에서, 수가용성 전이 금속 착물 촉매는 트리아릴포스핀 리간드 및 촉매 금속을 포함할 수 있으며, 트리아릴포스핀 리간드의 몰을 촉매 금속의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 촉매 금속에 대한 트리아릴포스핀 리간드의 몰 사용량 비는 3 이상 15 이하이다. 단일-상 범위의 반응의 경우 촉매 금속에 대한 유기 리간드의 비를 좁은 범위 내에서 유지하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 비 내에서 높은 선택도와 함께 매우 재현 가능한 전환이 발생한다. 이는 리간드 농도가 낮을수록 촉매의 활성이 높아지기 때문일 것이다. 이와 동시에, 단일-상 용액에서 유기 리간드의 열화가 지연되거나 완전히 방지될 수 있다. 따라서, 이러한 공정 제어는 촉매가 보다 빈번하게 보다 오랜 기간 동안 사용되는 데 기여할 수 있다. 이러한 비는 또한 후처리 중에도 촉매를 보호하는 데 보다 큰 기여를 하여, 반응 생성물 분리 후 촉매의 회수율을 향상시킨다. 추가로 바람직하게는, 상기 비는 5 이상 12 이하, 보다 바람직하게는 7 이상 10 이하일 수 있다.In a further preferred embodiment of the method, the water soluble transition metal complex catalyst may comprise a triarylphosphine ligand and a catalytic metal, expressed as moles of triarylphosphine ligand divided by moles of catalytic metal, to the catalytic metal The molar usage ratio of the triarylphosphine ligand is 3 or more and 15 or less. For single-phase range reactions it has been found advantageous to keep the ratio of organic ligand to catalyst metal within a narrow range. Within these ratios, highly reproducible conversions occur with high selectivity. This may be because the lower the ligand concentration, the higher the catalytic activity. At the same time, degradation of organic ligands in single-phase solutions can be retarded or completely prevented. Thus, such process control can contribute to catalysts being used more frequently and for longer periods of time. This ratio also makes a greater contribution to protecting the catalyst even during work-up, improving the recovery of the catalyst after reaction product separation. Further preferably, the ratio may be 5 or more and 12 or less, more preferably 7 or more and 10 or less.

상기 방법의 추가의 바람직한 양태에서, 촉매 금속의 몰을 올레핀의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 올레핀에 대한 촉매 금속의 몰 비는 0.05% 이상 0.75% 이하일 수 있다. 단일-상 반응 제어는 특히 낮은 촉매 대 올레핀 공급원료 비로 매우 효율적으로 사용될 수도 있다. 디알데히드로의 완전한 전환은 짧은 반응 시간 내에 달성되며 촉매 수명도 최신 해결책에 비해 더 길어질 수 있다. 상기 비는 추가로 바람직하게는 0.15% 이상 0.65% 이하, 보다 바람직하게는 0.3% 이상 0.5% 이하일 수 있다.In a further preferred embodiment of the method, the mole ratio of catalyst metal to olefin, expressed as moles of catalyst metal divided by moles of olefin, may be greater than or equal to 0.05% and less than or equal to 0.75%. Single-phase reaction control may be used very effectively, especially with low catalyst to olefin feedstock ratios. Complete conversion to dialdehyde is achieved within a short reaction time and the catalyst life may also be longer compared to state-of-the-art solutions. The ratio may be further preferably 0.15% or more and 0.65% or less, more preferably 0.3% or more and 0.5% or less.

상기 방법의 바람직한 양태에서, 제2 공정 단계에서, 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액은 온도를 저하시킴으로써 2상 공정 용액으로 전환될 수 있으며 생성물 알데히드는 분리될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 제2 공정 단계에서, 올레핀이 알데히드로 전환된 후, 반응 압력 및/또는 반응 온도는 원칙적으로 감소될 수 있다. 이는 제1 반응 단계에서 얻은 균질한 반응 용액이 2상 시스템으로 분리되는 것을 강제한다. 1개 상은 수성 촉매를 함유하고, 제2 상은 생성물 알데히드를 함유한다. 특히, 주로 온도에 의한 2개 상의 분리는 촉매로부터 생성물의 완만한 기계적 분리를 가능하게 한다. 이를 위해, 온도가 반응 영역의 온도로부터 적어도 50℃만큼 변경된 후에만 압력이 크게 변경된다. 반응 압력에 대해 적어도 10%의 편차가 있을 때 반응 압력의 상당한 변화가 발생한다. 순수 열적 분리가 증류의 형태로 수행되지 않는 것이 특히 유리하며, 여기서 보다 고비등의 물질이 바람직하게 형성될 수 있고 촉매 시스템이 비활성화될 수 있다. 이는 온화한 조건에서 수행되는 공정 방법이다.In a preferred embodiment of the process, in a second process step, the homogeneous reaction solution from the first reaction step can be converted to a two-phase process solution by lowering the temperature and the product aldehyde can be separated. In the second process step of the process according to the invention, after the olefins have been converted to aldehydes, the reaction pressure and/or reaction temperature can in principle be reduced. This forces the separation of the homogeneous reaction solution obtained in the first reaction step into a two-phase system. One phase contains the aqueous catalyst and the second phase contains the product aldehyde. In particular, the separation of the two phases, mainly by temperature, enables a gentle mechanical separation of the product from the catalyst. To this end, the pressure is changed significantly only after the temperature has changed by at least 50° C. from the temperature of the reaction zone. Significant changes in reaction pressure occur when there is a deviation of at least 10% relative to the reaction pressure. It is particularly advantageous if the pure thermal separation is not carried out in the form of distillation, in which higher boiling substances can advantageously be formed and the catalyst system can be deactivated. This is a process method carried out under mild conditions.

상기 방법의 추가의 양태에서, 촉매 수용액의 pH는 pH 4 이상 pH 10 이하일 수 있다. pH를 바람직한 범위로 조정함으로써, 전이 금속과 수가용성 유기인 리간드를 포함하는 촉매가 생성물 형성에 대해 매우 높은 활성 및 높은 선택성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 상기 조정은 사용된 촉매 용액 상의 무기 산 또는 염기와 같은 공지된 조정 제제에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 사용된 촉매 수용액에 의해 형성되는 균질 상이 기재된 pH 범위에서 유지되는 것이 또한 가능하고 유리하다. 또한, 또한, 바람직한 pH 조정으로 촉매의 낮은 분해가 관찰되었다. 추가의 바람직한 양태에서, pH는 pH 5 이상 pH 8 이하, 추가로 바람직하게는 pH 5.5 이상 pH 7 이하로 조정될 수 있다.In a further aspect of the method, the pH of the aqueous catalyst solution may be greater than or equal to pH 4 and less than or equal to pH 10. By adjusting the pH to the preferred range, catalysts comprising transition metals and water-soluble organophosphorus ligands have been found to have very high activity and high selectivity for product formation. The adjustment can be carried out by known adjustment agents such as inorganic acids or bases on the catalyst solution used. However, it is also possible and advantageous for the homogeneous phase formed by the aqueous catalyst solution used to be maintained in the specified pH range. In addition, low degradation of the catalyst was also observed with favorable pH adjustments. In a further preferred embodiment, the pH may be adjusted to a pH greater than or equal to pH 5 and less than or equal to pH 8, further preferably greater than or equal to pH 5.5 and less than or equal to pH 7.

상기 방법의 바람직한 양태에서, 사용되는 올레핀은 이환식 또는 삼환식 디엔 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 다환식 지방족 디올레핀일 수 있다. 내부 이중 결합을 갖는 입체적으로 어려운 사이클릭 디엔 반응물은, 이의 경질의 환 구조로 인해 예를 들어 지방족 단쇄보다는 용액에서 현저하게 더 불량하게 촉매 착물과 반응하며, 본 발명에 따른 방법 내에서 반응할 수 있음이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 다환식 올레핀계 지방족은 종래 공정 경로에 의해 2상 영역에서 매우 불완전하게만 반응될 수 있다. 순수 유기 용매에서 단일-상 반응이 가능하지만, 수득된 생성물의 정제시의 과제가 늘어난다. 또한, 후자의 반응은 촉매 회수 및 이의 수명에 문제가 있음을 보여준다. 예를 들어, 순수 유기 용매에서의 반응에서, 개질되지 않은 (리간드를 첨가하지 않은) 금속 촉매는 또한 높은 촉매 투입이 필요하고 촉매가 재활용되지 않는 본원에 언급된 디올레핀의 반응에 사용된다. 리간드-금속 착물을 촉매로 사용하면, 다환식 디올레핀의 하이드로포밀화에서 원하는 활성이 달성되지 않는 경우가 많다. 본 발명에 따라 반응할 수 있는 2환식 또는 3환식 디엔은 2개 또는 3개의 폐쇄된 비방향족 환을 포함하며 추가로 바람직하게는 60g/mol 이상 450g/mol 이하의 분자량을 가질 수 있다.In a preferred embodiment of the process, the olefin used may be a polycyclic aliphatic diolefin selected from the group consisting of bicyclic or tricyclic dienes or mixtures thereof. A sterically difficult cyclic diene reactant with an internal double bond reacts significantly worse with the catalyst complex in solution than, for example, an aliphatic short chain, due to its rigid ring structure, and can be reacted within the process according to the invention. It has been found to be particularly advantageous. Polycyclic olefinic aliphatics can only be reacted very poorly in the two-phase region by conventional process routes. Although single-phase reactions are possible in pure organic solvents, the challenges in purification of the obtained products are increased. In addition, the latter reaction shows problems with catalyst recovery and its lifetime. For example, in reactions in pure organic solvents, unmodified (no ligand added) metal catalysts are also used for the reactions of the diolefins mentioned herein, where high catalyst loadings are required and the catalysts are not recycled. The use of ligand-metal complexes as catalysts often does not achieve the desired activity in the hydroformylation of polycyclic diolefins. The bicyclic or tricyclic diene that can be reacted according to the present invention comprises two or three closed non-aromatic rings and may further preferably have a molecular weight of greater than or equal to 60 g/mol and less than or equal to 450 g/mol.

상기 방법의 추가의 바람직한 양태에서, 올레핀은 디사이클로펜타디엔 또는 노보나디엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 환식 지방족 디올레핀일 수 있다. 본 발명에 따른 반응에 의해, 트리사이클로[5.2.1.02,6]데카-3,8-디엔 및 비사이클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔과 같은, 입체적으로 반응하기가 특히 어렵고 물에 불량하게 용해되는 다환식 지방족 올레핀이 특히 효율적으로 반응할 수 있다. 높은 선택도에서 높은 전환율이 달성되며 촉매 시스템은 특히 긴 서비스 수명 및 개선된 회수능을 나타낼 수 있다.In a further preferred embodiment of the method, the olefin may be a cyclic aliphatic diolefin selected from the group consisting of dicyclopentadiene or norbornadiene. With the reaction according to the present invention, tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]deca-3,8-diene and bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene are particularly difficult to react sterically. Polycyclic aliphatic olefins that are poorly soluble in water can react particularly efficiently. High conversions are achieved at high selectivity and catalyst systems can exhibit particularly long service lives and improved recoveries.

도 1은 120℃의 온도에서 조성물의 함수로서의 3성분 혼합물의 계산된 상 거동의 결과를 보여준다.Figure 1 shows the results of the calculated phase behavior of a ternary mixture as a function of composition at a temperature of 120 °C.

실시예Example

본 발명에 따른 하이드로포밀화에서, 디사이클로펜타디엔 DCDP는 하기 반응식에 따라 균질한 반응 용액에서 유기적으로 개질된 로듐 착물 촉매에 의해 상응하는 디알데히드로 전환된다:In the hydroformylation according to the present invention, dicyclopentadiene DCDP is converted to the corresponding dialdehyde by an organically modified rhodium complex catalyst in a homogeneous reaction solution according to the reaction equation:

Figure pct00005
Figure pct00005

사용되는 촉매는, 하기 화학식에 따르는 TPPTS 유기인 리간드를 포함하는 수가용성 착물 촉매이다:The catalyst used is a water-soluble complex catalyst comprising a TPPTS organophosphorus ligand according to the formula:

Figure pct00006
Figure pct00006

이소프로판올은 반응 시스템의 단일 상을 달성하기 위한 용매로 사용된다. 반응은 교반된 반응기 용기(800rpm)에서 3시간의 반응 시간 내에 130℃ 및 5MPa의 압력에서 수행된다.Isopropanol is used as a solvent to achieve a single phase of the reaction system. The reaction is carried out in a stirred reactor vessel (800 rpm) at 130° C. and a pressure of 5 MPa within a reaction time of 3 hours.

반응물의 투입량은 다음과 같다:The input amount of the reactants is as follows:

로듐 및 리간드의 촉매 수용액을 제조하였다. Rh(OAc)2를 로듐 공급원으로 사용하였다. 이 용액을 상기한 양의 이소프로판올과 함께 반응기에 첨가하였다. 디사이클로펜타디엔을 첨가하고 5MPa의 합성 가스 압력 및 130℃에서 3시간 동안 반응시켰다. 반응을 중지하였다. 오토클레이브를 냉각 및 감압한 후, 이소프로판올을 100mbar 및 40℃에서 반응 혼합물로부터 제거하였다. 이어서, 잔류물을 상 분리기에 넣어 촉매 및 생성물 상을 분리하였다. 생성물 상을 GC로 분석하였다. 다음 조성을 얻었다 (GC로 측정함):A catalytic aqueous solution of rhodium and ligand was prepared. Rh(OAc) 2 was used as the rhodium source. This solution was added to the reactor along with the above amount of isopropanol. Dicyclopentadiene was added and reacted at 130° C. and 5 MPa syngas pressure for 3 hours. The reaction was stopped. After cooling and depressurizing the autoclave, isopropanol was removed from the reaction mixture at 100 mbar and 40°C. The residue was then placed in a phase separator to separate the catalyst and product phases. The product phase was analyzed by GC. The following composition was obtained (determined by GC):

상기 결과는 용매 함량을 고려하지 않고 얻어진 것이다. 상기 결과는 디올레핀을 기준으로 0.45mol%의 매우 낮은 촉매 농도로 거의 100% 전환이 달성되었음을 보여준다. 또한, 약 90%의 TCD 다이얼(dial) 선택도가 얻어졌다.The above results were obtained without considering the solvent content. The results show that almost 100% conversion was achieved with a very low catalyst concentration of 0.45 mol% based on diolefin. In addition, a TCD dial selectivity of about 90% was obtained.

반응 용액의 단일-상 영역에 이소프로판올을 첨가하여 DCPD를 TCD로 반복 전환하였다. 각 경우의 실험 조건은 다음과 같다:DCPD was repeatedly converted to TCD by adding isopropanol to the single-phase region of the reaction solution. The experimental conditions in each case were as follows:

- 실행당 30g DCPD- 30 g DCPD per run

- 총 질량 300g 기준 Rh(OAc)2 350ppm- Rh(OAc) 2 350ppm based on total mass of 300g

- P/Rh 비 = 10/1, 물 135g 중 TPPTS 18.38g에 해당- P/Rh ratio = 10/1, equivalent to 18.38g of TPPTS in 135g of water

- 이소프로판올 135g- 135g of isopropanol

- 반응 온도: 130℃- Reaction temperature: 130 ℃

- 반응 압력: 50bar- Reaction pressure: 50 bar

- 응답 시간: 3시간- Response time: 3 hours

개별 반응의 전환 및 선택도는 오차 범위 내에서 상기 주어진 결과에 해당한다. 100mbar 및 40℃에서 반응 종료 후, 회전식 증발기를 통해 반응 용액으로부터 이소프로판올을 제거하고 잔류물의 균형을 맞추었다. 이어서 남아 있는 잔류물을 상 분리기로 옮기고 실온에서 상 분리를 수행하였다. 반응 생성물로 이루어진 유기 상을 제거하고, 균형을 맞추고, 이를 로듐 함량 및 생성물 분획에 대해 샘플링하였다. 상부 수성 촉매 상도 생략하였고, 균형을 맞추고, 사전 제거된 이소프로판올과 재결합되었다. 신선한 DCPD를 조합된 촉매 상에 첨가하고 혼합물을 반응기에서 130℃ 및 50bar 압력 합성 가스에서 3시간 동안 재반응시켰다. 반응을 반복적으로 5회 반복하였다. 이 과정을 5회 반복하였다.The conversion and selectivity of the individual reactions correspond to the results given above within the margin of error. After completion of the reaction at 100 mbar and 40° C., isopropanol was removed from the reaction solution through a rotary evaporator and the residue was balanced. The remaining residue was then transferred to a phase separator and phase separation was performed at room temperature. The organic phase consisting of the reaction product was removed, balanced and sampled for rhodium content and product fraction. The upper aqueous catalyst phase was also omitted, balanced and recombined with isopropanol previously removed. Fresh DCPD was added to the combined catalyst phase and the mixture was re-reacted in a reactor at 130° C. and 50 bar pressure syngas for 3 hours. The reaction was repeated 5 times. This process was repeated 5 times.

특히 TCD 다이얼 및 TCD 모노에날(monoenal)과 관련하여 5회 실행에 걸친 유기 상의 개별 중량 및 이들의 조성은 일정하다. 유기 상에서 로듐의 비율도 일정하고 낮다. 실행당 유기 상 내의 로듐 양은 총 로듐 투입량을 기준으로 약 3.2ppm%±0.8ppm%이다. 따라서, 하이드로포밀화하기 어려운 다환식 디올레핀의 성공적인 전환 이외에도, 본 발명에 따른 방법은 또한 촉매의 매우 효율적이고 간단한 회수 및 재사용을 가능하게 함을 보여줄 수 있다.The individual weights of the organic phases and their compositions are constant over the five runs, especially with respect to the TCD dial and the TCD monoenal. The proportion of rhodium in the organic phase is also constant and low. The amount of rhodium in the organic phase per run is about 3.2 ppm%±0.8 ppm% based on the total rhodium input. Thus, it can be shown that in addition to the successful conversion of polycyclic diolefins that are difficult to hydroformylate, the process according to the present invention also enables very efficient and simple recovery and reuse of the catalyst.

도 1은 120℃의 온도에서 조성물의 함수로서의 3성분 혼합물의 계산된 상 거동의 결과를 보여준다. 성분들은 Rh-TPPTS 착물 촉매(좌측 하단부), 용매로서의 이소프로판올(상단부) 및 최종 생성물 TCD 다이얼(우측 하단부)의 수용액이다. 점선 영역은 해당 온도에서 2상인 3성분 조성의 질량 분율을 포함한다. 점선이 없는 삼각형의 상단부 영역에서는 압력 및 온도 조건하에 단일-상인 조성이 존재한다. 올레핀 반응물의 용해도는 중간체 및 최종 생성물의 용해도와 크게 상이하지 않기 때문에 이러한 상 평형도는 반응물/생성물 비가 변하는 전체 반응을 나타낸다.Figure 1 shows the results of the calculated phase behavior of a ternary mixture as a function of composition at a temperature of 120 °C. The components are an aqueous solution of the Rh-TPPTS complex catalyst (bottom left), isopropanol as solvent (top) and the final product TCD dial (bottom right). The dotted line area contains the mass fraction of the three-component composition that is biphasic at that temperature. In the region at the top of the triangle without dotted lines, there is a single-phase composition under pressure and temperature conditions. Since the solubility of the olefin reactants does not differ significantly from the solubility of the intermediates and final products, these phase equilibrium diagrams represent the entire reaction with varying reactant/product ratios.

다른 용매 및 반응물로 추가 시험을 수행하였다. 이러한 시험의 시험 조건은 다음과 같다:Additional tests were performed with other solvents and reactants. The test conditions for this test are as follows:

상기 주어진 반응 조건과는 달리, 이소프로판올 대신에 n-프로판올을 사용하였다. n-프로판올 사용을 위한 실험 조건을 최적화하지 않고, 디사이클로펜타디엔의 반응은 61.3%의 TCD 다이얼 생성물 분율과 99.9%의 올레핀 전환율을 제공한다. 이는 반응이 용매로서의 비분지형 알코올에서도 수행될 수 있음을 보여준다.In contrast to the reaction conditions given above, n-propanol was used instead of isopropanol. Without optimizing the experimental conditions for using n-propanol, the reaction of dicyclopentadiene gave a TCD dial product fraction of 61.3% and an olefin conversion of 99.9%. This shows that the reaction can also be carried out with an unbranched alcohol as a solvent.

상기와 동일한 공정 조건에서 상기 반응을 반복하였다. 한편, 메틸사이클로헥산(MCH) 20g을 용매로서 추가로 첨가하였다. 이러한 용매 혼합물을 사용하기 위한 실험 조건을 최적화하지 않으면, TCD 다이얼 생성물 분율은 69.15%이고 올레핀 전환율은 99.5%이다. 이는 반응이 용매 혼합물에서도 수행될 수 있음을 보여준다.The reaction was repeated under the same process conditions as above. Meanwhile, 20 g of methylcyclohexane (MCH) was further added as a solvent. Without optimizing the experimental conditions for using this solvent mixture, the TCD dial product fraction is 69.15% and the olefin conversion is 99.5%. This shows that the reaction can also be carried out in solvent mixtures.

상기와 동일한 공정 조건에서 상기 반응을 반복하였다. 상기 반응과는 달리, 이제는 디사이클로펜타디엔 대신 1-옥텐이 올레핀 성분으로 사용되었다. 상이한 올레핀을 사용하기 위한 실험 조건을 최적화하지 않고, C9 알데히드 표적 성분의 수율은 83.6%이고 올레핀 전환율은 98%이다. 이는 반응이 비-환형 모노올레핀으로도 수행될 수 있음을 보여준다.The reaction was repeated under the same process conditions as above. Unlike the above reaction, 1-octene is now used as the olefin component instead of dicyclopentadiene. Without optimizing the experimental conditions to use different olefins, the yield of the C9 aldehyde target component is 83.6% and the olefin conversion is 98%. This shows that the reaction can also be carried out with non-cyclic monoolefins.

Claims (15)

전이 금속 착물 촉매 상에서 합성 가스에 의해 올레핀의 하이드로포밀화에 의해 알데히드를 제조하는 방법으로서,
- 제1 공정 단계에서, 상기 올레핀은, 수혼화성 용매의 존재하에 금속 및 이에 결합된 리간드를 포함하는 수가용성 전이 금속 착물 촉매에 의해 반응되고, 상기 용매 및 촉매 수용액의 압력, 온도 및 비율은 상기 하이드로포밀화가 균질한 단일-상 반응 용액에서 수행되도록 제어되고,
- 제2 공정 단계에서, 상기 온도를 저하시키고/거나 상기 압력을 낮춤으로써, 상기 제1 반응 단계로부터 얻은 균질 반응 용액이 2상 공정 용액으로 전환되고 유기 상 중 적어도 일부가 수성 상으로부터 분리됨을 특징으로 하는, 방법.
A process for producing an aldehyde by hydroformylation of an olefin with synthesis gas over a transition metal complex catalyst, comprising:
- in a first process step, the olefin is reacted with a water-soluble transition metal complex catalyst comprising a metal and a ligand bound thereto in the presence of a water-miscible solvent, wherein the pressure, temperature and ratio of the solvent and aqueous catalyst solution are The hydroformylation is controlled to be carried out in a homogeneous single-phase reaction solution;
- in the second process step, by lowering the temperature and/or lowering the pressure, the homogeneous reaction solution obtained from the first reaction step is converted into a two-phase process solution and at least part of the organic phase is separated from the aqueous phase. How to do it.
제1항에 있어서, 온도 및 압력은 상기 반응 동안 일정하게 유지되고, 상기 반응 용액의 단일 상은 촉매 수용액에 대한 용매의 질량 비를 통해 조정되는, 방법.The method according to claim 1, wherein temperature and pressure are kept constant during the reaction, and the single phase of the reaction solution is adjusted through the mass ratio of the solvent to the aqueous catalyst solution. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 공정 단계는 0.5MPa 이상 10MPa 이하의 압력 및 70℃ 이상 150℃ 이하의 온도에서 수행되는, 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the first process step is performed at a pressure of 0.5 MPa or more and 10 MPa or less and a temperature of 70 °C or more and 150 °C or less. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올레핀은 적어도 2개의 비-공액 이중 결합을 갖는, 방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the olefin has at least two non-conjugated double bonds. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올레핀은 적어도 하나의 지방족 환을 포함하는, 방법.5. The method of any one of claims 1 to 4, wherein the olefin comprises at least one aliphatic ring. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용된 촉매 수용액 중의 물의 몰을 촉매 금속의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 촉매 금속에 대한 상기 사용된 촉매 수용액 중의 물의 몰 비는 5000 이상 60000 이하인, 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the molar ratio of water in the aqueous catalyst solution used to catalyst metal, expressed as moles of water in the aqueous catalyst solution used divided by moles of catalyst metal, is at least 5000 and not more than 60000. , method. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수가용성 전이 금속 착물 촉매의 금속은 로듐이고 상기 리간드는 수가용성 디포스핀 또는 트리아릴포스핀을 포함하는, 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal of the water soluble transition metal complex catalyst is rhodium and the ligand comprises a water soluble diphosphine or triarylphosphine. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 수용액의 질량을 용매의 질량으로 나눈 것으로 표현되는, 용매에 대한 촉매 수용액의 질량 비는 0.25 이상 4 이하인, 방법.8. The process according to any one of claims 1 to 7, wherein the mass ratio of the aqueous catalyst solution to the solvent, expressed as the mass of the aqueous catalyst solution divided by the mass of the solvent, is at least 0.25 and at most 4. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수혼화성 용매는 20℃에서 20g/L 이상의 수용해도를 갖는, 방법.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the water-miscible solvent has a solubility in water of at least 20 g/L at 20°C. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매는 직쇄 또는 분지쇄 C2-C5 알코올로 이루어진 군 또는 이들 군으로부터의 적어도 2개의 알코올의 혼합물로부터 선택되는, 방법.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the solvent is selected from the group consisting of straight or branched chain C2-C5 alcohols or mixtures of at least two alcohols from these groups. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매는 이소프로판올인, 방법.11. The method of any one of claims 1 to 10, wherein the solvent is isopropanol. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수가용성 전이 금속 착물 촉매의 적어도 하나의 리간드는 트리페닐포스핀-3,3',3"-트리설폰산 나트륨 염을 포함하는, 방법.12. The process according to any one of claims 1 to 11, wherein the at least one ligand of the water soluble transition metal complex catalyst comprises triphenylphosphine-3,3',3"-trisulfonic acid sodium salt. . 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수가용성 전이 금속 착물 촉매는 트리아릴포스핀 리간드 및 촉매 금속을 포함하고, 트리아릴포스핀 리간드의 몰을 촉매 금속의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 촉매 금속에 대한 트리아릴포스핀 리간드의 몰 사용량 비는 3 이상 15 이하인, 방법.13. The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the water soluble transition metal complex catalyst comprises a triarylphosphine ligand and a catalytic metal, expressed as moles of triarylphosphine ligand divided by moles of catalytic metal. , the molar usage ratio of the triarylphosphine ligand to the catalytic metal is 3 or more and 15 or less. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 금속의 몰을 올레핀의 몰로 나눈 것으로 표현되는, 올레핀에 대한 촉매 금속의 몰 비는 0.05% 이상 0.75% 이하인, 방법.14. The process according to any one of claims 1 to 13, wherein the molar ratio of catalyst metal to olefin, expressed as moles of catalyst metal divided by moles of olefin, is greater than or equal to 0.05% and less than or equal to 0.75%. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 수용액의 pH는 pH 4 이상 pH 10 이하인, 방법.15. The method according to any one of claims 1 to 14, wherein the pH of the aqueous catalyst solution is greater than or equal to pH 4 and less than or equal to pH 10.
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